高中化学《化学能与电能的转化》学案4 苏教版选修4.docx

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高中化学《化学能与电能的转化》学案4苏教版选修4

第二单元化学能与电能的转化

[课标要求]

1.体验化学能与电能转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和

电池反应的方程式。

2.通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用

[活动和探究建议]

1.实验探究：

电能与化学能的相互转化

2.调查市场常见化学电池的种类，讨论它们的工作原理、生产工艺和回收价值。

第二单元化学能与电能的转化学案

[课前思考]

1.构成原电池的条件是什么？

如何判断一个装置是原电池还是电解池？

2．如何书写原电池的电极反应，举例说明原电池中的电极反应主要有哪些？

3．电解食盐水时，那个电极区能使酚酞变红？

请解释原因。

4．如何判断电解过程中的电极产物？

（第一课时）

[内容增减建议]

1．建议增加原电池原理的应用内容

2．建议资料卡中燃料电池也应作为本节重点内容

[知识回顾]

请以反应Fe+H2SO4=FeSO4+H2设计一个原电池：

[讨论]根据自己设计的原电池回答下列问题：

1、构成原电池的条件是什么？

2、标出原电池的正负极，并说明判断的依据。

3、在原电池中，电子的流动方向是怎样的？

电流方向呢？

4、在原电池溶液中，各离子如何移动？

5．原电池工作过程中，溶液的PH值怎样变化？

并写出电极反应。

6．原电池是如何将化学能转化为电能的呢？

[反馈练习]

1．下列说法正确的是（）

A．原电池是把电能转化为化学能的装置

B．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应

C．原电池的两极发生的反应均为氧化还原反应

D．形成原电池后，原电池中的阳离子向正极移动

2.微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。

有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电极反应为:

Zn+2OH--2e－=ZnO+H2O；Ag2O+H2O+2e－=2Ag+2OH-

根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是：

（）

A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH减小

B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极

C．Zn是负极，Ag2O是正极D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应

[知识讲解]

一.原电池的工作原理

[活动与探究]P12[实验一]和[实验二]

[讨论]

1．图1-8装置中盐桥的作用是什么？

2．根据实验现象指出实验1和实验2中能量变化的主要形式？

3．写出实验2中发生反应的化学方程式和离子方程式

[小结]在原电池中，负极发生，电子；正极发生，

电子。

电流由原电池的极流向极，即电子由极流向极。

原电池由两个组成，其包括，其可通过盐桥连接。

二、化学电源以及电极反应的书写

1．一次电池

（1）碱性锌锰干电池

碱性锌锰干电池的负极为锌，正极为金属棒，其电池反应方程式：

Zn+2H2O+2MnO2=2MnOOH+Zn（OH）2，则电极反应为：

负极：

正极：

（2）银锌纽扣电池

银锌纽扣电池的电极分别是Zn和Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，电池反应的产物是ZnO和Ag，则其电极反应和电池反应为：

负极：

正极：

电池反应方程式：

2.二次电池

（1）铅蓄电池

铅蓄电池其电极分别是Pb、PbO2，电解质是一定浓度的硫酸，工作时的电极反应为：

负极：

正极：

放电时总反应方程式：

Pb+Pb02+2H2S04=2PbS04+H2O

（2）镍镉蓄电池

正极（镍）上有Ni（OH）3，负极主要是镉（含有一些铁），所用电解质为KOH溶液。

放电时发生的电极反应式：

负极：

Cd+20H--2e-=Cd（OH）2

正极：

2Ni（OH）+3e-=2Ni（OH）2+20H

-电池总反应式：

3.燃料电池

燃料电池中，电极的导电材料一般为多孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，正极是通入氧化剂的一方。

（1）氢氧燃料电池

一般用30％K0H溶液作这种电池的电解质溶液。

电极可用含有催化剂的多孔石墨电极（负极中催化剂可用铂或钯，正极中催化剂可用AgO或CoO）。

其放电时电极反应：

负极：

正极：

（2）甲烷燃料电池

甲烷燃料电池；电解质溶液为氢氧化钾溶液，电极反应为：

正极：

负极：

CH4+10OH--8e===CO32-+7H2O

总反应：

[讨论]根据上述原电池电极反应，总结如何书写原电池的电极反应。

[总结]电极反应的书写：

1．原电池的正负极确定

a.由两极的相对活泼性确定：

相对活泼性较强的金属为负极（一般负极材料与电解质溶液发生反应），但不是绝对的。

如Mg-Al-HCl溶液构成的原电池中，负极为，但Mg-Al-NaOH溶液构成的原电池中，负极为.

b.根据反应的类型判断：

可根据总反应式来分析电极是发生氧化反应还是还原反应，若发生氧化反应，则为负极，若发生还原反应，则为正极。

2．书写电极反应注意的问题

a.电极反应是一种离子反应，遵循书写离子方程式的一切规则（如“拆”、“平”）；两电极反应式中得失电子数目一般相等。

b.负极失电子所得氧化产物、正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在、在碱性溶液中以CO32-形式存在）；

c.溶液中不存在O2-——在酸性溶液中它H＋与结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与H2O结合成OH-。

d.两极反应相加得到总反应，总反应减去负极反应得到正极反应、总反应减去正极反应得到负极反应。

e.对于可逆电池反应，要弄清楚充电和放电的方向，放电过程体现原电池原理，充电过程体现电解池原理。

[反馈练习]

1．将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即构成甲烷燃料电池。

已知通入CH4的一极，其电极反应式是：

CH4+10OH――8e=CO32－+7H2O；通入O2的另一极，其电极反应式是：

O2+2H2O+4e=4OH－，下列叙述不正确的是（）

A．通入CH4的电极为负极B．正极发生氧化反应

C．此电池工作时溶液中阴离子向负极移动D．该电池使用一段时间后应补充

2．氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。

氢镍电池的总反应式是：

根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（）

（A）电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大（B）电池放电时，镍元素被氧化

（C）电池充电时，氢元素被还原

3．我国首先研制的以铝-空气-海水电池为能源的新型航标灯已研制成功。

这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧使铝不断氧化而源源不断地产生电流，其能量比干电池高20～50倍。

试推测此种新型电池可能的基本结构：

__________是负极，__________是正极。

电极反应式为。

4.航天技术上使用的氢-氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。

氢-氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应的化学方程式均可表示为2H2+O2=2H2O。

酸式氢-氧燃料电池中的电解质是酸，其负极反应为2H2-4e-=4H+，则其正极反应为；碱式氢氧燃料电池中的电解质是碱，其正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应为。

三．原电池的应用：

①制各种电池；②判断反应速率；③判断金属的活泼性；④金属防护。

[讨论]1．将铁加入硫酸反应后，为了减少其反应速率，可采取的方法？

为加快其反应速率，可采取什么方法？

2．把a、b、c、d四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池．若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极．则这四种金属的活动性顺序由大到小为。

[课堂练习]

1．如图所示的装置能够组成原电池且产生电流的是

2．已知空气—锌电池的电极反应为：

锌片：

Zn＋2OH－－2e－＝＝＝ZnO＋H2O；碳棒：

O2＋H2O＋2e－＝＝＝2OH－

据此判断，锌片是

A．正极，并被还原B．正极，并被氧化

C．负极，并被还原D．负极，并被氧化

3．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的反应为Pb＋PbO2＋２H2SO4＝＝＝２PbSO4＋２H2O，下列结论正确的是

A．Pｂ为正极被氧化B．溶液的pH不断减小

C．

只向PbO2处移动D．电解质溶液pH不断增大

4．将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中，并经过一段时间后，下列各叙述正确的是（）

A.负极有Cl逸出，正极有H+逸出B.负极附近Cl的浓度减小

C.正极附近Cl的浓度逐渐增大D.溶液中Cl的浓度基本不变

5．如图所示，组成一个原电池．

（1）当电解质溶液为稀硫酸时：

①Fe电极是_____（填“正”或“负”）极，其电极反应为，该反应是__________反应.（填“氧化”或“还原”）反应；

②Cu电极是_____（填“正”或“负”）极，其电极反应为，该反应是__________反应．（填“氧化”或“还原”）反应；

（2）当电解质溶液为稀硝酸时：

①Fe电极是_____极，其电极反应为，该反应是_____反应．

②Cu电极是_____极，其电极反应为，该反应是_____反应．

6．普通锌－锰干电池是普遍使用的化学电池，其中含有MnO2、NH4Cl、ZnCl2等糊状物。

以锌筒为负极材料，石墨为正极材料。

工作时反应方程式是：

Zn＋2MnO２＋2NH４＋＝Zn２＋+Mn２O３＋２NH３＋H２O

（1）试写出干电池放电时的正、负电极反应式：

正极：

_______________________________负极：

________________________________

干电池用久了就会变软，其原因__________________________________________________。

（2）正极反应中，前后经历下列反应：

2NH4＋＋2e－＝2NH3＋H2；2MnＯ2＋H2＝Mn2O3＋H2O，如果没有MnO2参与，干电池将难于持续稳定工作。

试说明理由：

_________________________________________________________________。

第二、三课时

[教学内容增减建议]

1．建议P18[活动与探究]部分可简单处理

2．建议电镀内容的学习可与p21习题7相结合

[知识回顾]

分析下图，回答下列问题：

ABCDEFG

（1）上述装置中，__________为原电池，__________为电解池。

（2）在A中，Cu为____极，发生_______反应，电极反应为_________。

Zn为______极，发生_______反应，电极反应为______________。

A中的实验现象为________________________________。

（3）在D中，Cu为______极，发生_______反应，电极反应为___________________。

碳棒为______极，发生_______反应，电极反应为___________________。

D中的实验现象为______________________。

（4）在G中，Cu为______极，发生_______反应，电极反应为___________________。

碳棒为______极，发生_______反应，电极反应为___________________。

E中的实验现象为_______________________。

（5）在A中电子的移动方向为

在E中电子的移动方向为

[总结]原电池、电解池判定

（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定；

（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池；

（3）若为无明显外接电源的串联电路，则利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。

[知识讲解]

四、电解池的工作原理

[交流与讨论]P17

1．电离是指电解质_____________或__________状态下离解成____________过程。

电离需要通电吗？

_____________。

2．NaCl熔融后电离成_________离子，其在通电前作_________运动。

通电后，在外电源的作用下，离子作_________移动而导电。

（其中阳离子向电源的_________极移动，阴离子向电源的_________极移动。

）在导电的同时，在阳、阴两极发生氧化—还原反应，即被电解。

3．电后电极表面分别发生了什么化学反应？

请写出电极上发生的电极反应式：

4．请分析电解过程中电子的流向：

[活动与探究]P18

1．CuCl2溶液中含有哪些离子？

2．通电前后，溶液中离子的运动状态有何不同？

3．CuCl2溶液在通电过程中两极分别有什么现象发生？

4．完成电极反应式和电解反应方程式

[交流与讨论]P19

1．在氯化钠溶液存在离子，接通直流电源后，溶液中离子向阳极移动，由于离子比离子容易失去电子，在阳极被氧化；溶液中离子向阴极移动，由于离子比离子容易得到电子，在阴极被还原；在极区得到NaOH。

2．请写出电解食盐水过程中的电极反应为：

总反应的电解方程式

3．分析氯碱工业在电解饱和食盐水时为什么要阻止阴极区的OH-进入阳极区：

[总结]

1．电极产物的判断依据——离子放电顺序和电极材料

阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电．放电顺序取决于离子本身性质，也与电极材料有关．电解时所使用的电极分为两类：

一类为惰性电极，只起导体的作用（如铂、石墨等）．另一类为活性电极（除铂、金以外的金属），活性电极作阴极，只起导体的作用；若为阳极，电极本身．发生氧化反应。

（1）在电极的阴极上，阳离子的放电顺序为：

（2）在惰性电极的阳极上，阴离子放电的顺序为：

注：

若非惰性电极作阳极，失电子的是电极本身．

2．电解规律及溶液PH分析：

（1）电解规律：

用惰性电极电解酸、碱、盐各种电解质溶液，依据放电顺序有四种类型：

①含氧强酸、强碱和活泼金属含氧酸盐溶液电解，实际上是电解。

②无氧酸、不活泼金属无氧酸盐溶液电解，实际上是电解。

③活泼金属无氧酸盐溶液电解，同时发生电解。

不活泼金属含氧酸盐溶液电解，同时发生电解。

（2）电极附近溶液PH值变化：

电解时，如果溶液中H+或OH-在电极上放电，使得电极附近溶液中的H+或OH-浓度发生改变，而引起电极附近PH值变化。

电解时，如在阳极上生成O2，这时由_____在阳极上放电，使得阳极附近[OH-]___[H+]，阳极区PH值_____；如在阴极上生成H2，这时由于___在阴极上放电，使得阴极附近[H+]___[OH-]，阴极区PH值___。

（3）电解质溶液PH值变化：

若电解时，只生成H2，而不生成O2，溶液的PH值_____；

若只生成O2，而不生成H2，溶液的PH值_________；

若既生成H2，又生成O2，实际上就是电解_____;此时若原溶液为酸性，其PH值______，若为碱性，其PH值______，若为中性，其PH值不变；

若既不生成H2，也不生成O2，溶液的PH值变化不大。

[反馈练习]

1．用惰性电极实现电解，下列说法正确的是

A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变

B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小

C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:

2

D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:

1

2．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，电解液的pH增大了的是（）。

A、H2SO4B、KOHC、AgNO3D、NaCl

3、用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质（中括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是（）。

A、CuCl2[CuSO4]B、NaOH[NaOH]C、KCl[HCl]D、CuSO4[Cu（OH）2]

4．新型高能钠硫电池以熔融的钠、硫为电极，以钠离子导电的陶瓷为固体电解质。

该电池

放电时为原电池，充电时为蓄电池，反应原理为：

2Na+xSNa2SX

（1）放电时，S发生反应，Na作极。

（2）充电时Na所在的电极与直流电源极相连。

（3）充电时阳极反应为；放电时负极反应为.

五、电解池的应用——电镀

[观察与思考]P19

1.1.电镀的原理和目的是什么？

2.2.指出电镀过程中发生的能量转化形式，并分析电镀过程中电子的流向？

3.3.写出电镀银的过程中两电极的电极反应式

[总结]

1．电镀是电解的应用。

电镀是以为阳极，待为阴极，含的溶液为电镀液。

2．电镀过程的特点：

①牺牲阳极；②电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；③在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH—一般不放电。

[例题]

1．用惰性电极电解M（NO3）x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bLO2（标准状况），从而可知M的原子量为（）。

A、22.4ax/bB、11.2ax/bC、5.6ax/bD、2.5ax/b

2、用铂电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500mL，经一段时间电解后，两极均得到11.2L气体（标准状况），此混合液中CuSO4的物质的量浓度为（）。

A、0.5mol/LB、0.8mol/LC、1mol/LD、1.5mol/L

3．右图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。

通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。

回答：

（1）直流电源中，M为极。

（2）Pt电极上生成的物质是，其质量为g。

（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为：

2∶∶∶。

（4）AgNO3溶液的浓度（填增大、减小或不变。

下同），AgNO3溶液的PH

，H2SO4溶液的浓度，H2SO4溶液的pH。

（5）若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液g。

[总结]用惰性电极电解盐AmBn溶液的有关计算时常用的关系式

1、认识“荷”平使者H2O——维护溶液中的“荷”平

当只有An+放电时，水向溶液中补充同量的H+：

An+~nH+

当只有Bm-放电时，水向溶液中补充同量的OH-：

Bm-~mOH-

当An+、Bm-都放电时，水分子不管事

当An+、Bm-都不放电时，水分子电离出的H+、OH-分别在阴阳极放电

2、常用于计算的两个关系式

（1）当只有An+放电时，关系式：

An+~nH+~nH2O~n/4O2

（2）当只有Bm-放电时，关系式：

Bm-~mOH-~mH2O~m/2H2

[课堂练习]

1．如下图所示，铜片和锌片用导线连接后插入番茄里，锌片是（）。

A．阳极B．正极C．阴极D．负极

2．下列叙述中不正确的是（）。

A．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应

B．原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阳极

C．电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化作用

D．电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气

3．电解硫酸铜溶液时，若要求达到以下几点：

⑴阳极质量减少，⑵阴极质量增加，⑶电解液中[Cu2＋]不变，则可选用的电极是（）。

A．纯铜作阳极，含锌、银的铜合金作阴极

B．含锌、银的铜合金作阳极，纯铜作阴极

C．用纯铁作阳极，用纯铜作阴极

D．用石墨作阳极，用惰性电极作阴极

4．用石墨作电极，电解1mol/L下列物质的溶液，溶液的PH值保持不变的是（）。

A．HClB．NaOHC．Na2SO4D．NaCl

5．下列关于铜电极的叙述，不正确的是（）。

A．铜锌原电池中铜是正极B．用电解法精炼粗铜时，铜作阳极

C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D．电解稀硫酸制H2、O2时，铜作阳极

6．将两个铂电极插入500mlCuSO4溶液中，进行电解。

通电一定时间后，某一电极增重0.064g（设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液的体积变化），此时溶液中氢离子浓度约为（）。

A．4×10－3mol/LB．2×10－3mol/LC．1×10－3mol/LD．1×10－7mol/L

7．铁棒与石墨棒用导线连接后，浸入0.01mol/L的食盐溶液中，可能出现的现象是

A．铁棒附近产生OH-B．铁棒被腐蚀

C．石墨棒上放出Cl2D．石墨棒上放出O2

8．用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，若保持温度不变，则一段时间后

A．溶液的pH不变B．c（Na+）与c（CO32-）的比值变大

C．溶液浓度变大，有晶体析出D．溶液浓度不变，有晶体析出

9．从H+、Na+、Ba2+、Cu2+、Cl－、中选出两种离子组成电解质，按下列要求进行电解，将电解质的化学式填空：

（使用惰性电极）

（1）电解过程中溶液颜色变浅且水量不变_______________________；

（2）电解过程中电解质含量不变，水量减少_______________________；

（3）电解过程中溶液的pH值增大_______________________；

（4）电解过程中，两极析出气体的体积比为1∶1__________。

10．

（1）右图的装置会出现什么现象？

并完成电极反应式和总反应式。

（2）左边烧杯为____________装置，右边烧杯为____________装置。

当Zn减轻0.65g时，左边烧杯的碳棒增重_______g，右边烧杯的左边碳棒为_______极，产生的气体为_______mol，右边烧杯的右边碳棒为_______极，在标状下产生的气体为_______mL。